3.3细胞呼吸——能量的转化和利用（第二课时）教学设计2026-2027学年高一上学期生物苏教版必修一

该高中生物学教学设计聚焦细胞呼吸第二课时，核心讲解无氧呼吸的酒精型与乳酸型反应式，酵母菌呼吸方式探究实验，有氧与无氧呼吸多维对比及能量去向。通过复习有氧呼吸示意图导入，引导学生初步区分两类呼吸差异，板书本课四大学习板块搭建学习支架。 资料以酵母菌对照实验为主线，结合溴麝香草酚蓝与重铬酸钾显色反应及安全规范，培养探究实践能力。通过有氧无氧呼吸四维对比表格、ATP耗能实拍图及水淹植物、剧烈运动实例，深化结构与功能观、能量观等生命观念，融入瓦尔堡师徒科研故事渗透态度责任。助力学生构建完整知识体系，为教师提供可直接应用的实验方案与分层任务设计。

教学设计 课程名称 细胞呼吸——能量的转化和利用（第二课时） 选用教材 高中生物苏教版必修一 教学章节 第三章第三节 授课对象 高一学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本课时承接第 1 课时有氧呼吸，讲解无氧呼吸概念，全程发生在细胞质基质，分为酒精型、乳酸型两类，书写两类无氧呼吸总反应式；设置走进实验室探究酵母菌呼吸方式实验，配套酵母菌呼吸实验装置示意图、塑料注射器定量实验器材图，明确酵母菌兼性厌氧，有氧产大量 CO₂、无氧产酒精与少量 CO₂，介绍溴麝香草酚蓝、重铬酸钾检测试剂与安全操作规范；出示有氧无氧呼吸全过程对比示意图，横向多维对比两类呼吸场所、氧气需求、终产物、释放能量多少；结合水淹植物根、剧烈运动人体肌细胞实例讲解无氧呼吸生理意义与长期无氧的细胞损伤；展示生物体消耗 ATP 生命活动实拍图，说明细胞呼吸释放能量分为热能散失、ATP 活跃化学能两部分，ATP 支撑肌肉收缩、生物放电、发光、细胞分裂全部生命活动；课外阅读拓展瓦尔堡、克雷布斯师徒传承科研故事，完整闭环本节细胞呼吸全部知识点。 二、学情分析 1. 知识基础 学生第 1 课时掌握有氧呼吸三阶段、线粒体场所、有氧总反应式；前单元掌握 ATP 直接供能、酶催化生化反应；化学学科掌握有机物不完全氧化、重铬酸钾氧化还原显色反应；但完全不理解无氧呼吸仅在细胞质基质进行，无法区分酒精发酵、乳酸发酵两类产物；不能自主设计酵母菌有氧无氧对照实验，不清楚两类检测试剂的显色变化；难以完整梳理有氧、无氧呼吸的本质差异，对无氧呼吸长期积累酒精、乳酸损伤细胞的机制认知空白。 2. 能力基础 高一学生具备对照实验单一变量控制、显色试剂现象观察、多维表格对比、生活实例推理的探究能力，能够依托酵母菌装置图区分有氧、无氧实验组；但自主整合两类无氧呼吸反应式、对比有氧无氧多维差异的归纳能力薄弱；无法独立分析水淹植物、剧烈运动人体无氧呼吸适应意义；解读 ATP 生命活动实拍图时，难以建立细胞呼吸产能与宏观生命活动的能量供给链条，需要教师分步展示示意图、设置阶梯式问题分层引导梳理。 3. 认知基础 学生存在多处典型认知误区：第一，认为无氧呼吸第二阶段释放少量能量，实际丙酮酸转化酒精 / 乳酸全程无能量释放；第二，误以为无氧呼吸产生水，两类无氧呼吸均无 H₂O 生成；第三，认为酵母菌无氧呼吸只产酒精不产二氧化碳，忽略同步释放 CO₂；第四，混淆溴麝香草酚蓝、重铬酸钾检测对象，前者测 CO₂后者测酒精；第五，认为无氧呼吸是有害代谢，不清楚短期无氧是生物适应缺氧环境的生存机制。 三、教学目标 1. 生命观念（结构与功能观、能量观、稳态适应观） 有氧呼吸依托线粒体完整分解释放大量 ATP，无氧呼吸仅细胞质基质不完全分解有机物、产能极少，场所完整度决定能量释放效率；不同生物进化形成适配自身环境的无氧呼吸类型，植物根、酵母菌酒精发酵，动物肌细胞乳酸发酵，体现生物对水淹、剧烈运动缺氧环境的稳态适应；细胞呼吸分解释放的能量一部分散失为热能维持体温，一部分储存为 ATP，ATP 作为通用能量载体支撑全部耗能生命活动，建立细胞器完整度决定产能效率、代谢类型适配生存环境、能量分级利用支撑生命活动的统一生命观念。 2. 科学思维 依托酵母菌呼吸实验装置示意图、有氧无氧呼吸对比全过程示意图、生物体 ATP 耗能实拍图，分步归纳无氧呼吸两类反应、酵母菌兼性厌氧特性；多维对比有氧、无氧呼吸场所、氧气、终产物、能量释放；分析水淹植物、剧烈运动人体无氧呼吸实例，推理无氧呼吸短期适应、长期损伤的双重生理效应；结合溴麝香草酚蓝、重铬酸钾显色反应，推理物质检测的化学原理，形成 “对照实验现象推导代谢类型、多维流程图对比两类呼吸、生活实例分析环境适应、显色反应追踪代谢产物” 完整推理链条。 3. 科学探究 能够依据酵母菌实验装置图，自主区分有氧、无氧实验组，梳理实验单一变量、无关变量控制；规范记忆溴麝香草酚蓝遇 CO₂蓝→绿→黄、重铬酸钾遇酒精橙色变灰绿色显色现象，牢记重铬酸钾腐蚀强的安全操作要求；小组合作书写酒精型、乳酸型无氧呼吸总反应式；自主绘制有氧无氧呼吸四维对比表格；结合塑料注射器定量器材，自主设计定量检测 CO₂释放量的改良实验；能根据实拍图列举依靠 ATP 供能的各类生命活动。 4. 社会责任 依托瓦尔堡开创细胞呼吸定量检测技术、培育克雷布斯等顶尖生物化学家的师徒科研故事，体会科研薪火相传、严谨定量实验、敢于深耕微观代谢的科研精神；理解酵母菌无氧发酵酿酒、制酸奶的工农业生产应用，细胞呼吸理论支撑食品工业；认识剧烈运动后乳酸堆积肌肉酸痛、植物长期水淹烂根的生理原理，用细胞呼吸知识指导农业排涝、合理运动；明白细胞呼吸代谢异常诱发肿瘤、代谢病，细胞呼吸研究为疾病诊疗提供理论支撑，建立细胞呼吸微观代谢理论服务食品生产、农业种植、人体健康的社会责任意识。 四、教学重难点 重点 1. 无氧呼吸概念、两类无氧呼吸（酒精发酵、乳酸发酵）场所、产物、总反应式； 2. 酵母菌呼吸方式探究实验：装置设计、单一变量控制、两种检测试剂显色变化与安全规范； 3. 有氧呼吸与无氧呼吸多维对比，本质差异； 4. 无氧呼吸的生理适应意义与长期无氧的细胞损伤； 5. 细胞呼吸释放能量的两种去向，ATP 支撑各类生命活动。 难点 1. 无氧呼吸第二阶段丙酮酸转化酒精 / 乳酸无能量释放的底层逻辑； 2. 酵母菌有氧、无氧双实验组对照设计，无关变量（温度、葡萄糖浓度）控制； 3. 多维整合有氧、无氧呼吸场所、氧气、产物、能量释放四大维度完整差异； 4. 建立细胞呼吸产能→ATP 储存→宏观生命活动耗能完整能量供给链条。 五、教学方法  实验探究主线讲授法：以酵母菌兼性厌氧对照实验为核心线索展开教学；  多维表格对比教学法：四维对比有氧、无氧呼吸全部特征；  显色实验案例教学法：结合溴麝香草酚蓝、重铬酸钾试剂讲解产物检测；  生活实例分析法：水淹植物、剧烈运动肌肉酸痛解读无氧呼吸适应与损伤；  图示归纳教学法：依托有氧无氧对比流程图、ATP 耗能实拍图归纳能量利用；  阶梯问题链驱动法：由无氧呼吸两类反应→酵母菌探究实验→两类呼吸对比→能量利用与生活应用层层递进设问。 六、教学资源 教材配套图文素材：酵母菌细胞呼吸实验示意图、塑料注射器定量器材图、细胞有氧无氧呼吸全过程示意图、生物体生命活动消耗 ATP 实拍组图；配套文本：走进实验室酵母菌实验完整方案、两类无氧呼吸总反应式文本、积极思维有氧无氧对比两道思考题、课外阅读瓦尔堡与克雷布斯师徒科研事迹文本、重铬酸钾安全警示文本。 七、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 复习图示导入，梳理课时主线（5 分钟）  复习导入：上节课我们学习有氧呼吸三阶段、线粒体完整分步氧化大量释能，本节课先讲解缺氧环境下生物进行的无氧呼吸，分为酒精、乳酸两类不完全氧化；开展酵母菌对照探究实验，验证酵母菌兼性厌氧可进行两种呼吸；依托对比示意图梳理有氧、无氧呼吸全部差异；结合水淹植物、剧烈运动实例讲解无氧呼吸利弊；最后展示各类生命活动实拍图，说明细胞呼吸释放能量以 ATP 形式供给全部生命活动。  出示细胞有氧呼吸和无氧呼吸过程示意图 抛出开篇引导思考题：从场所、氧气、终产物、释放能量四个维度，初步区分两类细胞呼吸的直观差异。  在黑板清晰板书本课时四大学习板块：无氧呼吸两类反应与总反应式、酵母菌呼吸方式探究对照实验、有氧无氧呼吸多维对比、细胞呼吸能量去向与 ATP 生命活动利用。  回顾第 1 课有氧呼吸三阶段、线粒体场所、有氧总反应式，带着 “无氧呼吸为什么产能极少、酵母菌一套装置如何设置有氧无氧对照、丙酮酸转化酒精乳酸阶段是否释放能量、细胞呼吸释放能量分为哪两部分” 四类疑问进入新课学习。  四人小组观看有氧无氧对比示意图，互相交流开篇对比思考题的初步猜想，完整记录课时四大板块框架，预留充足时间用于酵母菌实验小组讨论、反应式书写练习。 环节二 模块 1 无氧呼吸两类代谢、总反应式（10 分钟）  分层讲解无氧呼吸完整概念与两类分支：全程发生在细胞质基质，无氧气参与，葡萄糖不完全氧化，仅第一阶段释放少量能量生成少量 ATP，第二阶段丙酮酸转化酒精或乳酸，无能量释放。 第一类 酒精型无氧呼吸：酵母菌、水淹植物根细胞，产物乙醇 + 二氧化碳，总反应式： 长期酒精堆积损伤植物根细胞，导致烂根。 第二类 乳酸型无氧呼吸：人体剧烈运动肌细胞、乳酸菌，产物乳酸，总反应式： 乳酸堆积引发肌肉酸胀，供氧恢复后乳酸可转化分解。 分层思辨提问：无氧呼吸全程没有水生成，和有氧呼吸第三阶段生成水形成对比，原因是什么？丙酮酸转化酒精、乳酸的第二步不释放能量，细胞进化出该阶段的生存意义是什么？  过渡引入酵母菌探究实验：酵母菌是兼性厌氧微生物，有氧、无氧环境均可存活，分别进行两类细胞呼吸，通过对照实验可直观验证两种呼吸产物差异。  完整记录两类无氧呼吸场所、生物类型、终产物，规范书写两套无氧呼吸总反应式，小组内分组回答分层思辨提问，区分无氧呼吸仅第一阶段释能的核心特点。  同桌配合整理酒精发酵、乳酸发酵对比清单，结合水淹烂根、运动肌肉酸痛生活实例，理解无氧呼吸短期适应缺氧、长期损伤细胞的双重作用。 环节三 模块 2 探究酵母菌的呼吸方式分组实验（14 分钟）  出示酵母菌细胞呼吸实验示意图 分步拆解有氧、无氧两组实验装置，单一变量为有无持续氧气通入；介绍定量器材塑料注射器 可精准计量气体生成体积。 讲解两类检测试剂显色规律与安全规范： ①溴麝香草酚蓝溶液检测二氧化碳：随 CO₂浓度升高，蓝色→绿色→黄色； ②酸性重铬酸钾检测酒精：橙色变为灰绿色；重铬酸钾强腐蚀皮肤、眼部，实验全程穿戴防护服、护目镜、防护手套。 出示实验完整配套指导问题：自主提出探究问题、作出假设、控制温度单一变量、设置空白对照、重复实验提升数据可靠性。 同步配套讨论题：有氧、无氧两组装置分别能检测到什么代谢产物？如果两组装置温度不同，会对实验结果造成什么干扰？  整合实验完整预期结论：有氧组产生大量二氧化碳，无酒精生成；无氧组同时产生二氧化碳与酒精，证明酵母菌兼性厌氧，两种呼吸方式均可进行。  观看酵母菌实验装置、塑料注射器器材图，小组分工梳理有氧、无氧实验组装置差异，记录两种检测试剂显色变化、重铬酸钾安全操作要求。  小组合作完成实验假设、单一变量控制分析，讨论温度无关变量干扰问题，自主设计重复实验方案提升结果可靠性。  同桌配合梳理酵母菌两类呼吸对应的产物，建立装置设置、变量控制、显色现象、代谢类型完整逻辑链条。 环节四 模块 3 有氧无氧呼吸多维对比、细胞呼吸能量利用（12 分钟）  出示细胞有氧无氧呼吸全过程示意图 多维表格对比梳理四大核心差异： 场所：有氧细胞质基质 + 线粒体；无氧仅细胞质基质； 氧气需求：有氧必须氧气，无氧全程无氧气； 终产物：有氧 CO₂、H₂O；无氧酒精 + CO₂ 或 乳酸； 能量释放：有氧大量 ATP；无氧少量 ATP。 出示教材积极思维两道思考题： （1）比较 细胞有氧呼吸和无氧呼吸主要有哪些区别？ （2）分析 在细胞无氧呼吸过程中，由丙酮酸分解为乙醇或乳酸的阶段有没有释放能量？  讲解无氧呼吸生理意义：短期缺氧环境下快速合成少量 ATP，维持细胞基础生命活动；长期无氧代谢产物堆积，破坏细胞稳态，引发烂根、肌肉持续酸痛。  出示生物体生命活动消耗 ATP 实拍图 讲解细胞呼吸能量两大去向：一部分以热能形式散失维持生物体温；另一部分储存于 ATP，供给肌肉收缩、电鳗放电、萤火虫发光、受精卵细胞分裂全部耗能生命活动。  课堂分层完整小结梳理：第一层，无氧呼吸两类不完全氧化反应，仅第一阶段释能；第二层，酵母菌兼性厌氧对照实验，两种试剂分别检测 CO₂、酒精；第三层，有氧、无氧呼吸四维核心差异；第四层，细胞呼吸能量分为热能、ATP 化学能，ATP 支撑全部生命活动。  观看有氧无氧对比示意图、ATP 耗能实拍组图，自主绘制四维对比表格梳理两类呼吸全部差异，小组内完整回答两道积极思维思考题，明确无氧第二阶段无能量释放。  结合实拍图列举依靠 ATP 供能的多种生命活动，同桌配合梳理细胞呼吸有机物化学能→热能 + ATP 活跃化学能完整能量转化链条。  跟随教师四层课堂小结，互相抽查无氧呼吸反应式、酵母菌实验显色现象、两类呼吸核心差异，记录课后综合巩固任务。 环节五 课堂收尾、分层课后综合巩固任务（5 分钟）  完整复盘本节两课时全套核心内容，重点梳理小白鼠验证实验、有氧呼吸三阶段、无氧呼吸两类反应、酵母菌探究对照实验、有氧无氧多维对比、细胞呼吸能量利用六大核心板块，贯穿细胞器完整度决定产能效率、代谢类型适配环境、能量分级利用三大生命观念。  分层布置课后综合巩固任务：基础任务书写两类无氧呼吸总反应式，四维对比有氧无氧呼吸差异；提升任务完整分析酵母菌有氧无氧两组实验对照逻辑、试剂显色原理；综合探究任务结合农田排涝、长跑运动，分析无氧呼吸对植物、人体的利弊，书写细胞呼吸在生产生活中的应用短文，整理两课时全套课堂笔记。  同桌互相抽查两课时全部核心知识点，轮流复述有氧三阶段、无氧两类反应、酵母菌实验装置与显色现象、两类呼吸本质差异。  完整记录三层分层课后综合巩固任务，小组线上分配农田排涝、长跑运动案例分析分工，整合本章细胞呼吸完整知识框架。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托瓦尔堡自主设计精密定量仪器开辟细胞呼吸检测技术、长期深耕呼吸酶机制、无私提携克雷布斯等后辈顶尖生物化学家的师徒科研史实，引导学生学习自主创新实验工具、严谨定量检测代谢产物、薪火相传科研方法、谦逊治学的崇高科研品格；通过酵母菌有氧无氧对照完整探究实验，培养学生严格控制单一变量、规范使用腐蚀性实验试剂、如实记录显色现象、重复实验提升数据可靠性的求真务实实验素养；结合酿酒制酸奶食品工业、农田排涝农业生产、长跑健身人体健康三类生活应用，直观展现细胞有氧、无氧呼吸微观代谢原理支撑食品产业、作物种植、大众健康，树立基础细胞代谢生物学理论服务工农业生产、全民健康生活的社会责任意识。 十、教学反思与修改措施 1 教学反思 本节课依托酵母菌实验装置图、有氧无氧对比流程图、ATP 耗能实拍图开展授课，大部分学生能够记住无氧呼吸分为酒精、乳酸两类，但存在明显短板：学生普遍误以为无氧呼吸第二阶段释放少量能量，无法理解丙酮酸转化产物全程无能量释放；酵母菌有氧无氧两组装置对照逻辑抽象，部分学生不能自主区分单一变量与无关变量；重铬酸钾、溴麝香草酚蓝两类检测试剂检测对象、显色变化容易混淆；有氧无氧四维对比信息量大，学生自主梳理完整差异耗时较长；酵母菌实验理论讲解占用较多时长，留给小组实验改良方案设计、生活案例讨论的交流时间不足，学生自主分析无氧呼吸利弊、区分两类呼吸本质差异的逻辑训练不够充分。 2 修改措施 课前发放无氧呼吸、酵母菌实验基础填空预习单，提前铺垫基础概念；课堂压缩无氧呼吸、酵母菌实验理论讲授时长，增加 6 分钟小组两类呼吸多维对比、农业 / 运动生活案例讨论环节；配套无氧呼吸能量释放、试剂显色匹配判断题当堂巩固；分步动态动画展示酵母菌有氧无氧代谢全过程、无氧呼吸两步物质转化，直观呈现第二阶段无能量释放微观机制；课前推送酵母菌探究实验操作、两类无氧发酵科普短视频，降低抽象实验与代谢反应理解难度；预留充足小组思辨交流时间，强化学生依托流程图、实验装置多维对比区分代谢类型、分析环境适应利弊的科学思维训练。 学科网（北京）股份有限公司 $